Высокотемпературный солнечный коллектор Советский патент 1993 года по МПК F24J2/08 

Изобретение относится к энергетике, точнее к гелиотехнике, и может быть использовано во всех отраслях энергопотребления и главным образом з тех, где требуется высокая температура, например, для создания крупногабаритных холодильных камер, гидронасосов, опреснителей и т.п.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. увеличение концентрации солнечной энергии, достижение высокой равновесной температуры и, тем самым, повышение эффективности плоского коллектора.

На фиг. 1 показан поперечный разрез верхнего правого угла аксонометрического изображения растровых пластин и тепло- приемника коллектора; на фиг.2 - поперечное сечение воспринимаемого излучение элемента.

Высокотемпературный солнечный коллектор содержит теплоизоляционный корпус 1 с установленным в верхней его части линзовым концентратором 2, под которым расположен теплоприемник. состоящий из ряда чередующихся воспринимающих излучение линейных полостных элементов 3 с

00

СЛ |СЛ

Ю XI

входными отверстиями 4, соединительных участков 5 и теплоизоляторов 6.

Линзовый концентратор 2 образован линейчатыми последовательно расположенными растровыми пластинами (листами) верхними 7 и нижними 8, оптические оси которых и меридиальные сечения цилиндрических линз совмещены между собой и с плоскостью, проходящей по средней линии угла Солнечного склонения. Воспринимающий элемент 3 установлен под каждой линзой концентратора 2 и выполнен в виде линейных секций 9, входящие щели 10 которых образуют по траектории фокальной линии входное отверстие 4 воспринимающего элемента, теплоприемника. Зоны пространства между растровыми пластинами 8 и входными щелями 10 заполнены теплоизо- ляторами б, ограждающими от влияния теп- лоносителя 11 растровые пластины. Верхняя растровая пластина 7 снабжена слоями химического просветления 12, а нижняя - селективными покрытиями 13,

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Солнечные лучи (показанные стрелками), падающие на растровые пластины 7, 8 линзового концентратора 2, концентрируются в фокальной плоскости в линию шириной, равной кратности увеличения системы. В зависимости от времени года эта линия вписывается во входную щель той или иной линейной секции 9 воспринимающего излучения элемента 3. Поскольку ширина входной щели 10 линейной секции 9 равна или близка к ширине фокальной линии, то сохраняется высокий коэффициент концентрации солнечной энергии при передаче энергии соответствующей линейной секции 9 воспринимающего элемента 3. Тепло от нагретой линейной секции воспринимается омывающим ее теплоносителем 11. Зная угловые размеры Солнца и апертуру концентратора, равную углу склонения Солнца (, получим величины ширины фокальной линии S и смещения ее в плоскости в пределах угла д. Ширина фокальной линии должна быть равной ширине входной щели 10 линейной секции 9, так как при этих условиях сохраняется сконцентрированная энергия в процессе поглощения воспринимающими элементами 3. Разделив ширину смещения фокальной линии S в плоскости угла д на ширину самой фокальной S, получим необходимое и достаточное число линейных секций 9 воспринимающего излучения элемента.

Такой метод определения ширины входной щели линейных секций и их количества

сведенных в единое отверстие воспринимающего элемента позволяет получить высокую температуру равную температуре зоны фокальной линии в полости теплоприемника и в самом коллекторе даже при низких величинах коэффициентов концентрации. С другой стороны выбор линейных секций со входными щелями равными ширине фокальной линии позволяет выбрать наибольшую

0 величину коэффициента концентрации, т.е. применить двухлинзовые концентраторы. Все это открывает возможность получения высоких температур от плоских коллекторов солнечной радиации.

5 с лицевой стороны коллектор имеет высокую степень теплоизоляции не только за счет увеличения пространства, заполненного теплоизоляторами, но и в результате наличия герметизированного пространства

0 между растровыми пластинами. А поскольку теплоизоляция боковых стенок и дна корпуса легко достижима, например, отливкой их из пеностекла, то очевидно, предлагаемый коллектор приближается к абсолютно чер5 ному поглотителю. Следовательно температура в фокальной линии концентратора фактически определяет температуру величину температуры, достигаемой в предлагаемом коллекторе и которая может быть

0 весьма высокой.

Известно, что химическим просветлением 12 поверхности стекла можно уменьшить до 1-2% коэффициент отражения и одновременно упрочить поверхность, Для пол5 учения слоев химического просветления используют окислы AlaOs; SiOa; TiOa; фториды MgFa; CaFa; LfF; сульфиды InSiCdS. Co стороны герметизированной полости на поверхности растровых пластин 8 можно на0 нести селективные покрытия 13с высокими светооптическими показателями. То же самое относится и к сторонам линз, обращенным к входным щелям линейных секций. В обычных условиях эти покрытия непрочны,

5 но в предлагаемом устройстве эти поверхности защищены и не подвергаются воздействию неблагоприятных факторов. В результате такой обработки линейчатого концентратора в предлагаемом коллекторе

0 созданы условия для прохождения солнечного излучения в фокальную плоскость с минимальными (4-60) потерями и обратного отражения незначительной доли излучения со стороны щелей воспринимающих излуче5 ние элементов теплоприемника.

Таким образом всесторонняя теплоизоляция, приближающая коллектор к абсолютно черному поглотителю, высокий коэффициент концентрации, конструкция теплоприемника, обеспечивающая наилучшие условия для передачи энергии воспринимающему излучение элементу, обеспечивает высокую эффективность предлагаемого коллектора. Испытания показали, что достигаемая температура значительно может превысить 500°.

Формула изобретения 1. Высокотемпературный солнечный коллектор, содержащий размещенный в теплоизолированном корпусе теплоприем- ник с поглощающей лицевой стенкой в виде чередующихся воспринимающих излучение линейных полостных элементов с входными отверстиями и соединительными участками между ними, снабженными теплоизоляционными покрытиями, и ограждающий корпус сверху линейный линзовый концентратор, фокальные линии линз которого расположены в зоне входных отверстий эле- ментов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем

увеличения концентрации солнечной энергии, каждый полостной элемент выполнен в виде соединенных между собой нескольких секций, ширина входных щелей которых равна ширине фокальной линии линзы концентратора, при этом входные щели секций расположены по траектории перемещения фокальной линии в зависимости от угла склонения солнца,

2. Коллектор по п. 1,отличающий - с я тем, что линейный линзовый концентратор выполнен в виде двух растровых разне- сенных пластин с цилиндрическими линзами, оптические оси которых расположены в плоскостях меридиональных сечений, совмещенных с плоскостями, проходящими через среднюю линию угла склонения солнца, при этом пространство между пластинами герметизировано, верхняя пластина снабжена слоями химического просветления, а нижняя - селективными покрытиями.

Сущность изобретения: каждый воспринимающий элемент выполнен в виде линейных секций, входные щели которых равны ширине фокальной линии линзы концентратора, соединены между собой, образуя входное отверстие воспринимающего элемента и расположены по траекторий фокальной линии в пространстве изображения при изменении угла склонения Солнца. Линзовый концентратор выполнен в виде двух разнесенных растровых пластин, оптические оси и меридиальные сечения цилиндрических линз которых совмещены между собой и с плоскостью, проходящей по средней линии угла Солнечного склонения, пространство между которыми герметизировано. Это позволяет резко сократить фокусное расстояние концентратора и ширину светового пятна, по размерам которого выбираются размеры входных отверстий замкнутых линейных секций для сохранения в них степени концентрации солнечной энергии, следовательно для достижения максимальной величины равновесной температуры, а объединение щелей линейных секций в одно отверстие, которое имеет уменьшенные размеры, позволяет увеличить площади теплоизолированных зон со стороны захвата солнечной энергии без практического ее снижения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л С